CN111364013A - 具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，该具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。本发明的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜通过合理掺杂稀土元素和类稀土元素，能够提高膜层材料的各项性能。

Description

具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜
技术领域
本发明是关于磁存储多层膜技术领域，特别是关于一种具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜。
背景技术
MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一种非易失性(Non-Volatile)的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
现有技术CN109712655A公开了用于磁阻随机存取存储器的装置、系统和方法。用于存储数据的磁隧道结包括固定层、阻挡层和复合自由层。阻挡层可以设置在固定层和复合自由层之间。复合自由层可包括一个或多个铁磁层。复合自由层可包括一个或多个各向异性诱导层，该一个或多个各向异性诱导层响应于垂直偏置电压而诱导针对所述复合自由层的面内磁各向异性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其通过合理掺杂稀土元素和类稀土元素，能够提高膜层材料的各项性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，该具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。
在一优选的实施方式中，其中，晶种层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积晶种层的具体工艺为：溅射靶材为金属Cu，溅射气氛为氩气，溅射电流为60-120mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为150-200℃，晶种层的厚度为2-4nm。
在一优选的实施方式中，其中，第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W，溅射气氛为氩气，溅射电流为75-150mA，溅射时间为15-20min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为200-300℃，第一非磁性金属层的厚度为0.5-1nm。
在一优选的实施方式中，其中，第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn，溅射气氛为氩气，溅射电流为50-100mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为2-4Pa，溅射温度为150-250℃，第二非磁性金属层的厚度为0.8-1nm。
在一优选的实施方式中，其中，CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x-yFexB20Gdy，其中，x＝10-15，y＝2-3，溅射电流为30-70mA，溅射时间为10-15min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，CoFeBGd层的厚度为0.7-0.9nm。
在一优选的实施方式中，其中，CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝20-25，y＝1-2，溅射电流为40-80mA，溅射时间为15-20min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，CoFeBY层的厚度为0.4-0.6nm。
在一优选的实施方式中，其中，CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝30-35，y＝3-6，溅射电流为30-60mA，溅射时间为20-25min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，CoFeBNd层的厚度为0.6-0.8nm。
在一优选的实施方式中，其中，第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ti，溅射气氛为氩气，溅射电流为30-80mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为100-150℃，第三非磁性金属层的厚度为0.5-1nm。
在一优选的实施方式中，其中，第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ru，溅射气氛为氩气，溅射电流为50-100mA，溅射时间为10-15min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为100-150℃，第四非磁性金属层的厚度为0.7-1.2nm。
在一优选的实施方式中，其中，Co/Pt交叠层自下而上依次包括第一Co层、第一Pt层、第二Co层以及第二Pt层，并且其中，第一Co层的厚度为0.3-0.5nm，第一Pt层的厚度为0.3-0.5nm，第二Co层的厚度为0.3-0.5nm，第二Pt层的厚度为0.3-0.5nm，第一MgO层的厚度为0.5-1nm，第二MgO层的厚度为0.5-1nm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点，CoFeB系磁存储多层膜是目前研究比较多的一种电子自旋材料，因为这类材料制备工艺相对不复杂，并且这类膜层矫顽力较大、居里温度较高、TMR效应较为明显。目前，这类合金的研究已经进入瓶颈期，其主要原因在于：在不改变各个膜层合金靶材成分的前提下，提高膜层的磁性能只能依靠增加膜层层数以便得到更大的TMR效应，但是由于自旋磁器件的特殊性，一次小的TMR改进可能就需要增加3到5层膜层层数，增加这么多膜层层数将导致工艺复杂性指数级增长；改变膜层靶材合金成分是一项很困难的工作，由于小尺度器件的量子效应明显，又由于对于电磁互作用的量子力学第一性原理计算在当前计算机计算能力下无法实现，所以合金成分的改变无法依靠教科书的一般规律(因为教科书的教导完全是对于宏观材料的规律，实践和经验表明，在小尺度材料中这些规律基本完全不适用)。本发明的发明人惊奇的发现，通过合理掺杂稀土元素和类稀土元素，能够提高膜层材料的各项性能。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的用于磁存储器件的复合多层膜的结构示意图。
图2是根据本发明一实施方式的用于磁存储器件的复合多层膜的截面TEM照片。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本发明所用的靶材都是委托外部公司制作的靶材或者直接从这些公司购买成品(例如纯金属靶材和MgO靶材都是现成的成品靶材)，能够制造靶材的公司例如包括有色金属研究院下属的一些公司。第一Co层、第一Pt层、第二Co层、第二Pt层、第一MgO层、第二MgO层都是MRAM材料中常用的层，其制备方法均是磁控溅射方法，具体工艺参数也是常规工艺参数，涉及Co层、Pt层、MgO层制备工艺的现有技术包括且不限于CN109545955A，CN110165045，“Low-Temperature Performance of Nanoscale Perpendicular MagneticTunnel Junctions With Double MgO-Interface Free Layer(IEEE TRANSACTIONS ONMAGNETICS,VOL.55,NO.3,MARCH 2019)”。
图1是根据本发明一实施方式的用于磁存储器件的复合多层膜的结构示意图。如图所示，具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层101(例如绝缘体上硅SOI)、晶种层102、Co/Pt交叠层103、第一非磁性金属层104、第二非磁性金属层105、CoFeBGd层106、第一MgO层107、CoFeBY层108、第三非磁性金属层109、CoFeBNd层110、第二MgO层111以及第四非磁性金属层112。
图2是根据本发明一实施方式的用于磁存储器件的复合多层膜的截面TEM照片。
实施例1
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。其中，晶种层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积晶种层的具体工艺为：溅射靶材为金属Cu，溅射气氛为氩气，溅射电流为60mA，溅射时间为5min，溅射气压为2Pa，溅射温度为150℃，晶种层的厚度为2nm。其中，第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W，溅射气氛为氩气，溅射电流为75mA，溅射时间为15min，溅射气压为4Pa，溅射温度为200℃，第一非磁性金属层的厚度为0.5nm。其中，第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn，溅射气氛为氩气，溅射电流为50mA，溅射时间为5min，溅射气压为2Pa，溅射温度为150℃，第二非磁性金属层的厚度为0.8nm。其中，CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x- yFexB20Gdy，其中，x＝10，y＝2，溅射电流为30mA，溅射时间为10min，溅射气压为2Pa，溅射温度为200℃，CoFeBGd层的厚度为0.7nm。其中，CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝20，y＝1，溅射电流为40mA，溅射时间为15min，溅射气压为2Pa，溅射温度为200℃，CoFeBY层的厚度为0.4nm。其中，CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝30，y＝3，溅射电流为30mA，溅射时间为20min，溅射气压为2Pa，溅射温度为200℃，CoFeBNd层的厚度为0.6nm。其中，第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ti，溅射气氛为氩气，溅射电流为30mA，溅射时间为5min，溅射气压为4Pa，溅射温度为100℃，第三非磁性金属层的厚度为0.5nm。其中，第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ru，溅射气氛为氩气，溅射电流为50mA，溅射时间为10min，溅射气压为4Pa，溅射温度为100℃，第四非磁性金属层的厚度为0.7nm。其中，Co/Pt交叠层自下而上依次包括第一Co层、第一Pt层、第二Co层以及第二Pt层，并且其中，第一Co层的厚度为0.3nm，第一Pt层的厚度为0.3nm，第二Co层的厚度为0.3nm，第二Pt层的厚度为0.3nm，第一MgO层的厚度为0.5nm，第二MgO层的厚度为0.5nm。
实施例2
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。其中，晶种层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积晶种层的具体工艺为：溅射靶材为金属Cu，溅射气氛为氩气，溅射电流为120mA，溅射时间为10min，溅射气压为3Pa，溅射温度为200℃，晶种层的厚度为4nm。其中，第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W，溅射气氛为氩气，溅射电流为150mA，溅射时间为20min，溅射气压为5Pa，溅射温度为300℃，第一非磁性金属层的厚度为1nm。其中，第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn，溅射气氛为氩气，溅射电流为100mA，溅射时间为10min，溅射气压为4Pa，溅射温度为250℃，第二非磁性金属层的厚度为1nm。其中，CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x- yFexB20Gdy，其中，x＝15，y＝3，溅射电流为70mA，溅射时间为15min，溅射气压为3Pa，溅射温度为300℃，CoFeBGd层的厚度为0.9nm。其中，CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝25，y＝2，溅射电流为80mA，溅射时间为20min，溅射气压为3Pa，溅射温度为300℃，CoFeBY层的厚度为0.6nm。其中，CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝35，y＝6，溅射电流为60mA，溅射时间为25min，溅射气压为3Pa，溅射温度为300℃，CoFeBNd层的厚度为0.8nm。其中，第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ti，溅射气氛为氩气，溅射电流为80mA，溅射时间为10min，溅射气压为5Pa，溅射温度为150℃，第三非磁性金属层的厚度为1nm。其中，第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ru，溅射气氛为氩气，溅射电流为100mA，溅射时间为15min，溅射气压为5Pa，溅射温度为150℃，第四非磁性金属层的厚度为1.2nm。其中，Co/Pt交叠层自下而上依次包括第一Co层、第一Pt层、第二Co层以及第二Pt层，并且其中，第一Co层的厚度为0.5nm，第一Pt层的厚度为0.5nm，第二Co层的厚度为0.5nm，第二Pt层的厚度为0.5nm，第一MgO层的厚度为1nm，第二MgO层的厚度为1nm。
实施例3
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。其中，晶种层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积晶种层的具体工艺为：溅射靶材为金属Cu，溅射气氛为氩气，溅射电流为80mA，溅射时间为7min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为180℃，晶种层的厚度为3nm。其中，第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W，溅射气氛为氩气，溅射电流为100mA，溅射时间为17min，溅射气压为4.5Pa，溅射温度为250℃，第一非磁性金属层的厚度为0.7nm。其中，第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn，溅射气氛为氩气，溅射电流为70mA，溅射时间为7min，溅射气压为3Pa，溅射温度为200℃，第二非磁性金属层的厚度为0.9nm。其中，CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x-yFexB20Gdy，其中，x＝12，y＝2.5，溅射电流为50mA，溅射时间为12min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为250℃，CoFeBGd层的厚度为0.8nm。其中，CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝22，y＝1.5，溅射电流为60mA，溅射时间为17min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为250℃，CoFeBY层的厚度为0.5nm。其中，CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝32，y＝5，溅射电流为40mA，溅射时间为22min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为250℃，CoFeBNd层的厚度为0.7nm。其中，第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ti，溅射气氛为氩气，溅射电流为50mA，溅射时间为7min，溅射气压为4.5Pa，溅射温度为120℃，第三非磁性金属层的厚度为0.7nm。其中，第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ru，溅射气氛为氩气，溅射电流为70mA，溅射时间为12min，溅射气压为4.5Pa，溅射温度为120℃，第四非磁性金属层的厚度为1nm。其中，Co/Pt交叠层自下而上依次包括第一Co层、第一Pt层、第二Co层以及第二Pt层，并且其中，第一Co层的厚度为0.4nm，第一Pt层的厚度为0.4nm，第二Co层的厚度为0.4nm，第二Pt层的厚度为0.4nm，第一MgO层的厚度为0.8nm，第二MgO层的厚度为0.8nm。
对比例1
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、第一Co40Fe40B20层、第一MgO层、第二Co40Fe40B20层、第三非磁性金属层、第三Co40Fe40B20层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。三个Co40Fe40B20层都使用现有技术公知的方法镀敷。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例2
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、第一CoFeBGd层、第一MgO层、第二CoFeBGd层、第三非磁性金属层、第三CoFeBGd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。其中，第一、第二以及第三CoFeBGd都是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x-yFexB20Gdy，其中，x＝12，y＝2.5，溅射电流为50mA，溅射时间为12min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为250℃，第一、第二以及第三CoFeBGd层的厚度均为0.8nm。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例3
具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、第一CoFeBNd层、第一MgO层、第二CoFeBNd层、第三非磁性金属层、第三CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。其中，第一、第二以及第三CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝32，y＝5，溅射电流为40mA，溅射时间为22min，溅射气压为2.5Pa，溅射温度为250℃，第一、第二以及第三CoFeBNd层的厚度为0.7nm。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例4
第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ta。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例5
第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例6
CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x-yFexB20Gdy，其中，x＝5，y＝5。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例7
CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：靶材成分与实施例3相同，溅射电流为100mA，溅射时间为20min，溅射气压为2Pa，溅射温度为150℃，CoFeBGd层的厚度为1nm。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例8
CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝15，y＝5。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例9
CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：靶材成分与实施例3相同，溅射电流为100mA，溅射时间为25min，溅射气压为2Pa，溅射温度为150℃，CoFeBY层的厚度为0.8nm。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例10
CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝40，y＝8。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例11
CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：靶材成分与实施例3相同，溅射电流为80mA，溅射时间为30min，溅射气压为2Pa，溅射温度为150℃，CoFeBNd层的厚度为0.4nm。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例12
第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
对比例13
其中，第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ta。其余工艺、结构、参数与实施例3一致，为避免说明书冗长，对比例中不再赘述。
测试实施例1-3以及对比例1-13制备的各个样品在300K时的TMR以及矫顽力(Oe)，TMR指的是反平行磁致电阻与平行磁致电阻之差与平行磁致电阻的比值，即[(RAP-RP)/RP]。测试方法与当前一般实验室使用的测试方法一致(例如参见“Low-TemperaturePerformance of Nanoscale Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions With DoubleMgO-Interface Free Layer(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.55,NO.3,MARCH2019)”)。结果参见表1。
表1
Figure BDA0002452878820000121
Figure BDA0002452878820000131
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：所述具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜自下而上依次包括：基片层、晶种层、Co/Pt交叠层、第一非磁性金属层、第二非磁性金属层、CoFeBGd层、第一MgO层、CoFeBY层、第三非磁性金属层、CoFeBNd层、第二MgO层以及第四非磁性金属层。
2.如权利要求1所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述晶种层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积晶种层的具体工艺为：溅射靶材为金属Cu，溅射气氛为氩气，溅射电流为60-120mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为150-200℃，所述晶种层的厚度为2-4nm。
3.如权利要求2所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述第一非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第一非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属W，溅射气氛为氩气，溅射电流为75-150mA，溅射时间为15-20min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为200-300℃，所述第一非磁性金属层的厚度为0.5-1nm。
4.如权利要求3所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述第二非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第二非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn，溅射气氛为氩气，溅射电流为50-100mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为2-4Pa，溅射温度为150-250℃，所述第二非磁性金属层的厚度为0.8-1nm。
5.如权利要求4所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述CoFeBGd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法CoFeBGd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-x-yFexB20Gdy，其中，x＝10-15，y＝2-3，溅射电流为30-70mA，溅射时间为10-15min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，所述CoFeBGd层的厚度为0.7-0.9nm。
6.如权利要求5所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述CoFeBY层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBY层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Yy，其中，x＝20-25，y＝1-2，溅射电流为40-80mA，溅射时间为15-20min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，所述CoFeBY层的厚度为0.4-0.6nm。
7.如权利要求6所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述CoFeBNd层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积CoFeBNd层的具体工艺为：溅射靶材为金属Co80-xFexB20Ndy，其中，x＝30-35，y＝3-6，溅射电流为30-60mA，溅射时间为20-25min，溅射气压为2-3Pa，溅射温度为200-300℃，所述CoFeBNd层的厚度为0.6-0.8nm。
8.如权利要求7所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述第三非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第三非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ti，溅射气氛为氩气，溅射电流为30-80mA，溅射时间为5-10min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为100-150℃，所述第三非磁性金属层的厚度为0.5-1nm。
9.如权利要求8所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，所述第四非磁性金属层是由直流溅射法沉积的，并且其中，直流溅射法沉积第四非磁性金属层的具体工艺为：溅射靶材为金属Ru，溅射气氛为氩气，溅射电流为50-100mA，溅射时间为10-15min，溅射气压为4-5Pa，溅射温度为100-150℃，所述第四非磁性金属层的厚度为0.7-1.2nm。
10.如权利要求9所述的具有稀土掺杂层的磁存储复合多层膜，其特征在于：其中，Co/Pt交叠层自下而上依次包括第一Co层、第一Pt层、第二Co层以及第二Pt层，并且其中，第一Co层的厚度为0.3-0.5nm，第一Pt层的厚度为0.3-0.5nm，第二Co层的厚度为0.3-0.5nm，第二Pt层的厚度为0.3-0.5nm，第一MgO层的厚度为0.5-1nm，第二MgO层的厚度为0.5-1nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021162081A1 (ja) * 2020-02-13 2021-08-19 山陽特殊製鋼株式会社 スパッタリングターゲット材及びその製造方法

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